বর্তমান পদার্থবিদ্যার এক বিতর্কিত বিস্ময় LHC

১৪ ই সেপ্টেম্বর, ২০০৯ দুপুর ১২:৫৮

আপনারা অনেকেই বর্তমান বিশ্বের অন্যতম জনপ্রিয় ফিকশন লেখক Dan Brown এর Angels & Demons বইটা পড়েছেন বা সিনেমাটি দেখেছেন। তার প্রথম ক’টি রোমান্চকর মুহূর্ত; CERN এর Large Hadron Collider এর এক অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ পরীক্ষা শুরু হয়েছে। মূল tunnel দিয়ে উচ্চ শক্তির proton beam প্রদক্ষিণ শুরু করেছে। এরপর পরই উল্টো দিক দিয়ে reverse beam ছাড়া হলো। সমস্ত বিজ্ঞানী অধীর আগ্রহে অপেক্ষা করছেন। অবশেষে প্রায় আলোর গতিতে দুই বিপরীত মুখী proton beam প্রচন্ড শক্তিতে পরস্পরকে আঘাত করলো। পরপর তিনটি super conducting magnetic আধারে anti-matter তৈরী হলো। এরপরই শুরু হলো সিনেমার শ্বাসরুদ্ধকর গল্পের।

Large Hadron Collider, সহজ অথচ বিরস একটি নাম, বৃহৎ হ্যাড্রন সংঘর্ষক। এটিই particle physics এর গবেষণায় বর্তমানে সবচেয়ে শক্তিশালী অস্ত্র। দ্বিতীয় স্থানে আছে আমেরিকার Fermilab এর Tevatron; Chicago’তে অবস্থিত। বর্তমান বিশ্বের সবচেয়ে বড় particle accelerator টি ফ্রান্স ও সুইটজারল্যান্ডের সীমানায় Geneva’র নিকটে মাটির ১০০ মিটারেরও নীচে অবস্থিত (এর গভীরতম বিন্দু ভূ-পৃষ্ঠ থেকে ১৭৫ মিটার নীচে অবস্থিত)। নিন্দুকেরা বলেন Higgs Boson এর সন্ধানে ৮ বিলিয়ন ডলারের overgrown boys’ toy। কেউ কেউ একে এমনকি ১৫০০ বৎসর আগে নির্মিত মায়া সভ্যতার Xunantunich এর সাথে তুলনা করেছেন। এটি একটি ২৭ কি. মি. লম্বা tunnel এর ভেতরে বসানো।



Geneva Airport এবং Jura Mountains এর মাঝে অবস্থিত CERN Laboratory

Particle accelerator যা কিনা atom smasher হিসেবেও পরিচিত, এর ইতিহাস খুব পুরোনো নয় তবে সব ইতিহাসের মতই দীর্ঘ। ১৮৭০ সালে William Crookes cathode ray আবিষ্কার করেন। ১৯২০ এ John Douglas Cockcroft এবং Ernest Thomas Sinton Walton একটি vacuum tube এ দু’টি electrode স্থাপনের মাধ্যমে 100 KeV পর্যায়ের ত্বরণের ধারণা দেন। ১৯৩২ সালে তাদের আকিষ্কৃত যন্ত্র Lithium atom কে 700 KeV এ proton দিয়ে আঘাত করে এবং একে Helium এবং অন্য মৌলে রূপান্তরিত করে। তাদের এই ধারণায় উদ্বুদ্ধ হয়ে Ernest Orlando Lawrence ভিন্ন ধরণের accelerator আবিষ্কার করেন। ১৯২৯ সালে University of California, Berkeley’তে তিনি একটি ৪ ইঞ্চি cyclotron তৈরী করেন। যদিও ৯ ইঞ্চি cyclotron দিয়েই প্রথম সত্যিকারের কাজ শুরু হয় ১৯৩১ সালে। Lawrence ‌১৯৩৯ সালে এবং Cockcroft ও Walton ১৯৫২ সালে নোবেল বিজয় করেন।

সংক্ষেপে বলা যায় বর্তমানের কণা accelerator’রা দুই প্রকারের:

১) Linear: সহজতম উদাহরণ ১টি ব্যাটারী, এর দুই terminal anode ও cathode এর মাঝে potential difference V কাজ করে। ফলে ১টি electric field তৈরী হয়। ১টি charged particle এই field এ ১টি force অনুভব করে এবং accelerated হয়। তবে অত সরলীকৃত উদাহরণে না গিয়ে বলা যায় সত্যিকারের particle accelerator এর উদাহরণ হচ্ছে ১টি cathode ray tube, যেমন আমাদের TV বা computer monitor।
সবচেয়ে বড় Linear accelerator রয়েছে আমেরিকার SLAC’র তত্ত্বাবধানে California’র Stanford এ। এটি প্রায় ৩ কি. মি. লম্বা। ভবিষ্যতে তাদের ১টা প্রায় ৫০ কি. মি. লম্বা Linac বানানোর পরিকল্পনা আছে।

২) Synchrotron: ১৯৪৩ সালে অষ্ট্রেলিয়ান পদার্থবিদ Mark Oliphant সর্বপ্রথম এর ধারণা দেন। প্রথম synchrotron হচ্ছে Cosmotron। এটি Long Island এ Brookhaven National Laboratory’তে ১৯৫২ সালে তৈরী। এই তত্ত্বেরই নানা development এর মাধ্যমে synchrotron এর Formula – 1 version হচ্ছে LHC।

LHC’র নির্মাতা হচ্ছে CERN (European Organization for Nuclear Research)। এর প্রথম নাম ছিলো Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, এ থেকেই CERN শব্দটি আসে। পরে এর নাম বদলে হয় Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire, কিন্তু OERN শব্দটি জিহবা এবং শ্রুতি উভয় ক্ষেত্রেই বিকট হওয়ায় CERN নামটিই বহাল রাখা হয়। এটি ১৯৫৪ সালে প্রতিষ্ঠিত। মজার ব্যাপার হচ্ছে World Wide Web এর জন্মও এখানেই। ১৯৮৯ থেকে এখানে আরেকটি সংঘর্ষক ছিলো। তার নাম ছিলো LEP (Large Electron & Positron Collider)। ২০০০ সালে এটি বন্ধ করে দেয়া হয়। এর tunnel এর ভেতর এই Large Hadron Collider’টি বসানো হয়।

প্রায় ১৫ বৎসরের planning ও construction এর ফসল হচ্ছে এই collider। বিশ্বের শতাধিক দেশ, দশ হাজারের অধিক বিজ্ঞানী এবং engineers, এবং শত শত বিশ্ববিদ্যালয়ের অনুদানে এই যন্ত্রটি তৈরী।
পার্শ্ববর্তী দেশ ভারত থেকেও এর কিছু ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র অংশ তৈরী হয়। প্রথম পরীক্ষায় চীন “Observer” এর ভূমিকা চাইলেও তার আবেদন গ্রাহ্য হয়নি। ভারতকে সেই সম্মান দেয়া হয়। আমরা ভারতের উগ্র ফ্যাশন, উদ্ভট সীরিয়াল এবং নাচা-গানার বিভিন্ন প্রোগ্রাম নকল না করে তাদের প্রযুক্তিগত উৎকর্ষকে নকল করতে পারলে ভাল হতো।

Particle Physics’এ মৌল কণার দ্বি-শতাধিক প্রকার আছে। কোন কোনটি প্রমাণিত, কোনটি প্রমাণের অপেক্ষায়। এদের classification’ও কয়েক রকমের। এক রকম classification’এ মৌল কণারা দুই গ্রুপে বিভক্ত – Hadrons এবং Leptons। Strong Nuclear Force বা সংক্ষেপে strong force এর সাথে যারা interact করে তারা hadron গ্রুপভুক্ত। Hadron’রা পরমাণুর কেন্দ্রে strong force দিয়ে আটকে থাকে, যেমন পদার্থের অণুরা electromagnetic force এর মাধ্যমে আটকে থাকে। Hadron এর আবার দু’টি ভাগ আছে – Baryons এবং Mesons। সবচেয়ে বিখ্যাত দু’টি baryons হচ্ছে proton এবং neutron। সব hadron’ই quark দিয়ে তৈরী। যেমন proton হচ্ছে দু’টি up quark (+2/3 charge) এবং ১টি down quark (-1/3 charge) দিয়ে তৈরী। যোগ দিলে ১ atomic mass unit এবং +১ electrical charge বিশিষ্ট।



LHC’র ভেতরের দৃশ্য

অনেকগুলো গুরুত্বপূর্ণ আবিষ্কারে CERN এর ভূমিকা আছে। যেমন ১৯৮৩ সালে W এবং Z boson এর আবিষ্কার। Super Proton Synchrotron (SPS) নামের ১টি ত্বরণ যন্ত্রে এগুলো আবিষ্কৃত হয়। Boson কণা হচ্ছে তারাই যারা Bose–Einstein statistics মেনে চলে। বিশিষ্ট ভারতীয় বিজ্ঞানী সত্যেন্দ্রনাথ বসু এবং অ্যালবার্ট আইনষ্টাইনের নামে এর নামকরণ। সত্যেন্দ্রনাথ বসুকে নোবেল পুরষ্কার দেয়া হয়নি, যদিও তার তত্ত্বের ওপর কাজ করে অন্যে নোবেল জিতেছেন। Particle Physics এর Standard Model এ পাঁচটি boson মৌলিক, γ, g, +W, -W, এবং Z। W boson এর নাম দেয়া হয় Weak Nuclear Force বা সংক্ষেপে weak force থেকে। Z boson এর নামের দু’টি ব্যাখ্যা, ১টি ছিলো হাস্যরসাত্মক, যে এটিই ছিলো সর্বশেষ প্রয়োজনীয় কণা; আরেকটি হচ্ছে যে এর electric charge zero। Photon যেমন electromagnetic force এর carrier particle, তেমনি W এবং Z boson হচ্ছে weak force এর carrier particle। এদের দিয়েই weak force সঞ্চালিত হয়। এই দু’টি কণা Standard Model এর প্রমাণের সফলতার স্তম্ভ। γ হচ্ছে photon, g হচ্ছে gluon। আরেকটি কণা, সেই বিখ্যাত Higgs Boson রয়ে গিয়েছে অনাবিষ্কৃত।

Peter Higgs ১৯৬০ সালে এই কণার তত্ত্ব বর্ণনা করেন। Particle Physics এর তত্ত্ব অনুযায়ী সৃষ্টির শুরুতে (Big Bang এর পর) মৌল কণারা ছিলো massless। পরবর্তীতে Higgs Field বা Higgs Mechanism অনুযায়ী এরা ভর প্রাপ্ত হয়। এই Higgs Boson এর আবিষ্কার নিয়ে Fermilab ও CERN এর মাঝে প্রতিযোগিতা হচ্ছে।



এর ১টি অংশ স্থাপনার জন্য নিয়ে যাওয়া হচ্ছে

২০০৮ এর ১০ই সেপ্টেম্বর LHC’র main ring দিয়ে প্রথম বারের মত proton beam সফলতার সাথে প্রদক্ষিণ করে। কিন্তু ১৯শে সেপ্টেম্বর ২০০৮’এ এতে বড় ধরণের সমস্যার জন্য এটা বন্ধ করে দেয়া হয়।



Liquid Helium leak এর দুর্ঘটনায় ক্ষতিগ্রস্ত একটি অংশের ছবি

LHC নিয়ে পশ্চিমা বিশ্বে প্রচারণা ও কৌতুহলের অন্ত ছিলোনা। অনেকেই ভীত ছিলেন যে এর পরীক্ষার ফলে যদি black hole এর আবির্ভাব হয় তো কি হবে। যদিও বিজ্ঞানীরা বলেছিলেন যে ওগুলো Stephen Hawking এর তত্ত্ব Hawking Radiation এর মাধ্যমে উবে যাবে। কিন্তু Stephen Hawking নিজেই এ ব্যাপারে guarantee না দিলে এ নিয়ে বিতর্ক আরো বেড়ে যায়। LHC’র পরীক্ষার দিনে পৃথিবী ধ্বংস হবে এ আশংকায় কিছু teenager নিজেদের virginity বিসর্জন দেয়। এছাড়াও একে নিয়ে নানান রকমের পোষাক তৈরী হয়।

রাজনীতিবিদরা এর ওপর কিছুটা ক্ষ্যাপ্পাই ছিলেন। কারণ এর বিশাল ব্যয়ভার। এটা আগামী নভেম্বরের আগে চালু হবেনা জেনে তারা অনেকেই আনন্দিত। এর ৫৭টি চৌম্বিক কোরের মধ্যে ৫৩টিই ক্ষতিগ্রস্ত হওয়ায় তারা স্বস্তির নিশ্বাস ফেলেছেন।

আগামী নভেম্বরের মাঝামাঝি এটা আবার চালু হবে বলে আশা করা হচ্ছে। প্রথমে এটা একটু reduced capacity’তে চলবে। তারপর এটা আবারো সেই প্রচন্ড 7 TeV (terra electron volt) ক্ষমতায় Higgs Boson এর সন্ধানেতো বটেই এছাড়াও নানান বৈজ্ঞানিক পরীক্ষায় এগিয়ে যাবে।

আমরা সেদিনের আশায় রইলাম।

তথ্যসূত্র:

ক) পদার্থ বিদ্যার বইপত্র
খ) অসংখ্য web site, নীচে কয়েকটির লিঙ্ক দেয়া হলো:
১। http://lhc.web.cern.ch/lhc/
২। Click This Link
৩। Click This Link
৪। Click This Link
৫। Click This Link
৬। Click This Link
৭। Click This Link notes/Teachers Notes on Accelerators.doc

 

সর্বশেষ এডিট : ১৯ শে এপ্রিল, ২০১০ বিকাল ৫:৫২ | বিষয়বস্তুর স্বত্বাধিকার ও সম্পূর্ণ দায় কেবলমাত্র প্রকাশকারীর...

 

 

মোট সময় লেগেছে ২.৮০৭০ সেকেন্ড